离子注入介绍
注入机原理
离子注入技术 一、 概述： 离子注入工艺在现代半导体工艺中已是比较成熟的工艺。在超高速、微波、和中大规模集成电路制备中，器件的结深，基区的宽度，都小到只有零点几微米，杂质浓度分布也有更高的要求（有的甚至要求杂质浓度很淡），这靠普通的扩散工艺是难以达到的。而离子注入工艺恰好能弥补扩散工艺的不足，制造出理想的PN结来。对于咱们公司来说，生产的是分立元件，要求的磷结和硼结比较深，一般至少在几个微米以上，甚至达到二十几个微米，而离子注入的结深一般在0—1微米之间，这样用离子注入是实现不了的，因此，咱们八车间的离子注入主要是用于预扩散。相当于给硅片一个杂质表面浓度，然后再经过高温扩散工艺进行推结，达到预定深度的掺杂，形成所需要的PN结。 二、 离子注入概念 离子注入用在半导体工艺中就是对半导体表面进行掺杂。它是是利用高能量粒子轰击杂质原子或分子,使被掺杂的元素原子或分子电离, 通过加速后，将离子直接打进半导体内部去，形成PN结。如果把离子注入机比作步枪，把被注入元素的离子比作子弹，那么，离子注入就好象用步枪打靶子一样，将离子强迫打进硅片中去，即实现了离子注入。 三、 离子注入的特点 离子注入实际上是扩散工艺的一个替换方法，它和扩散掺杂相比有如下特点： 1、优点： a)晶片表面良好的均匀性：离子注入是通过扫描将杂质离子打进硅片中去，因 此，可获得大面积均匀掺杂，而采用热扩散法，温度和气流互相作用总是存在的，因此产生晶片表面不良的均匀性。 b)晶片间良好的重复性：一旦注入机相应的能量和剂量被设定，则所有晶片上
的注入深度和浓度都应该是精确的。而使用扩散炉方法，由于受温度气流及环境气氛的影响，每一舟或每一片的情况都将有所不同。同时在时间上也存在不同，不易控制。 c)离子注入没有横向扩散，即使是有也是很小很小。而扩散法有横向扩散。 d)掺杂的杂质纯度高：离子注入掺杂的杂质纯度高，它是高真空下，通过质量 分析器（磁场）进行分析选取单一杂质离子的，并且是在低温下注入，不受沾污，结受沾污的可能性很小，从而保证了掺杂的纯度。而高温扩散，不是在真空条件下，扩散时间比较长，易受外界的钠离子以及其他杂质离子的沾污。 e)温度：离子注入可在低温（25~300℃）便可以工作，而扩散必须在（900℃— 1200℃）的高温条件下工作。 f)掩蔽：在进行选择性掺杂的时候，离子注入可用金属、二氧化硅、氮化硅及 抗蚀剂做掩蔽膜，而扩散法只能用二氧化硅、氮化硅做掩蔽膜。 g)浓度：离子注入通过设定注入剂量，可以任意改变掺杂浓度，注入浓度变化 范围广，而扩散法受杂质在硅中溶解度限制。 2、缺点：离子注入的设备庞大复杂、操作复杂,设备价格昂贵；对设备依赖性大，高能量的离子被注入到晶体内部后，使得在离子射程内的硅片区域，产生各种晶格缺陷，虽然这些缺陷可以通过退火得到改善，但不一定能完全消除。缺陷的存在，对器件的特性总是有些影响的；离子注入法的结深很浅（0—1微米），对于制造深结器件还有困难。高能射线对操作者有毒害。 四、 离子注入机 1、离子注入机的分类 ①按能量分：低能量机 60 kev 以下 中能量机 60 — 200 kev
离子液体的应用前景
离子液体的应用前景 离子液体是指全部由离子组成的液体，如高温下的KCI,KOH呈液体状态，此时它们就是离子液体。在室温或室温附近温度下呈液态的由离子构成的物质，称为室温离子液体、室温熔融盐、有机离子液体等，目前尚无统一的名称，但倾向于简称离子液体。在离子化合物中，阴阳离子之间的作用力为库仑力，其大小与阴阳离子的电荷数量及半径有关，离子半径越大，它们之间的作用力越小，这种离子化合物的熔点就越低。某些离子化合物的阴阳离子体积很大，结构松散，导致它们之间的作用力较低，以至于熔点接近室温。 离子液体的优点 一、离子液体无味、不燃，其蒸汽压极低，因此可用在高真空体系中，同时可减少因挥发而产生的环境污染问题； 二、离子液体对有机和无机物都有良好的溶解性能，可使反应在均相条件下进行，同时可减少设备体积； 三、可操作温度范围宽（-40～300℃），具有良好的热稳定性和化学稳定性，易与其它物质分离，可以循环利用； 四、表现出Lewis、Franklin酸的酸性，且酸强度可调。 上述优点对许多有机化学反应，如聚合反应、烷基化反应、酰基化反应，离子溶液都是良好的溶剂。 离子液体的应用前景 迄今为止，室温离子液体的研究取得了惊人的进展。北大西洋公约组织于2000年召开了有关离子液体的专家会议；欧盟委员会有一个有关离子液体的3年计划；日本、韩国也有相关研究的相继报道。在我国，中国科学院兰州化学物理研究所西部生态绿色化学研究发展中心、北京大学绿色催化实验室、华东师范大学离子液体研究中心等机构也开展专门的研究。兰州化学物理研究所已在该领域取得重大突破，率先制备了多种咪唑类离子液体润滑剂。 世界领先的离子液体开发者—德国SolventInnovation公司即将推出数以吨计的商品。SolventInnovation公司也正在开发一系列的离子液体，以取代对环境极有害的溶剂。其
离子注入强化机理分析
离子注入表面强化机理分析 汲雪飞刘先黎王宝山韩文君 摘要分析了离子注入表面强化的 机理 离子注入表面强化碰撞 ０ 前言 离子注入是近几十年来逐渐发展起来的一种新颖的表面改性方法 人门开始采用离子注入法进行金属表面合金强化的研究 离子注入已在表面非晶化表面改性和离子与材料表面相互作用等发面取得了可喜的研究成果并逐步进入了推广应用阶段 经高压电场作用后以改变其表层的成分与性能的真空处理工艺亚稳定相大大改善了工作的使用性能 被电离的离子在电场作用下加速运动 并与表层晶体中原子核和电子发生碰撞离子不断消耗其能量 随着其能量不断减少 １．１ 核碰撞 注入离子与基体表层晶体内原子核的碰撞是个弹性碰撞过程 在离子能量比较低时 １．２ 电子碰撞 注入离子与基体表层晶体内电子的碰撞是个非弹性碰撞过程 电离或X射线发射电子碰撞是主要的 离子经多次碰撞后能量耗尽而停止运动单个离子在单位距离上的能量损失可以表示为两种能量损失之和 d E/d x = N [ Sn(E) + Sn(E) ] E 注入离子在基体表层内x处的能量 Sn(E) 能量为E 的注入离子在基体表层内 x时传递给基体表层内电子的能量 ２ 离子注入强化机理 ２．１ 辐照损伤强化 具有高能量的离子注入金属表面后从而使晶格大量损伤 具有足够能量的注入离子与晶格原子碰撞并给后者大于其离位的能量时当碰传递给晶格原子的能量大于晶格原子的结合能时形成空位处于空位附近的间隙原子一系列的碰撞过程从而改变了正常的晶格原子的排列可使金属表面从长程有序变为短程有序使性能发生改变 ２．２ 弥散强化 当注入的是非金属元素时如氮化物
产生弥散强化Ｂ＋等元素会与金属形成Ｆｅ４Ｎ ＣｒＮ Ｂｅ６Ｂ Ｂｅ２Ｂ等硼化物使基体强化 使表面离子注入层已用电子衍射在注入Ｎ＋的铁或几种合金钢中结构状态的ＮＴｉ＋ Ｂ＋ ＴａＣ ＦｅＢ从而起强化作用 容易得到过饱和度很大的固溶体 另外造成位错运动的障碍 ２．５ 相结构强化 离子注入的强化效果与相结构有关渗碳体能通过注入Ｎ ２．６ 喷丸强化 高速离子轰击基体表面 因此与表层原子形成各种合金相与过饱和固溶体从而使基体材料表层强化 参 考 文 献 １ 高技术新材料要览编委会编．高技术新材料要览．北京１９９３ ２ 董允机械工业出版社 机械工业出版社 核技术在材料科学中的应用．北京１９８６ ５ 赵文珍．金属材料表面新技术．西安１９９２ ６ Ｓｉｎｇｅｒ ＩＬ．Ｉｏｎ Ｉｍｐｌａｎｔａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｉｏｎ Ｂｅａｍ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ（ｅｄｓ．Ｈｕｂｌｅｒ Ｇｋ，Ｈｏｌｌａｎｄ ＯＷ，Ｃｌａｙｔｏｎ ＣＲ，ｗｈｉｔｅ ＣＷ）．Ｅｌｓｅｖｉｅｒ，１９８４，４ 作者简介女助讲表面改性
瓦利安-离子注入机工作原理01解析
第三部分原理 瓦利安半导体设备有限公司 VIISta HCS 目录 章节章节编号 原理介绍…………………………………………………………………E82291210 控制原理………………………………………………---………………E82291220 离子注入操作原理………………………………………………………E82291230 第1页
介绍 第1页
VIISta HCS型高束流离子注入机是高自动化的生产工具。此离子注入机可以将单一离子类别掺杂剂的离子束注入到硅片中。 首先利用Varian 控制系统（VCS）产生工艺配方，在配方的基础上制定产生离子束的确切标准。工艺配方的设计目的包括：控制掺杂剂种类的选择，控制剂量、控制离子束的能量、注入角度等以及工艺步骤等等。 在阅读本章之前，请阅读第二章安全方面内容。 一、系统单元组成 VIISta HCS 可以分为三个有用的重要的单元：离子源单元、离子束线单元、工作站单元。 1、离子源单元 离子源子单元包括产生，吸出、偏转、控制，和聚焦，离子是有间接加热的阴极产生再由吸极取出（由D1电源与吸级装置构成），在取出工艺过程中，为了得到离子束更好的传输和低的离子束密度，离子束将被垂直聚焦。被取出的离子束通过一个四极的透镜，在进入90度离子束磁分析器之前离子束被聚焦，在磁分析器中，绝大多数不需要的离子将被分离出去。 离子源模块的主要结构，包括离子源围栏内部分和安全系统，支持分布各处的主要动力组件。还有离子源控制模块，源初始泵抽，涡轮分子泵抽，工艺气体柜，离子源和（套）管路。离子源围栏与安全系统要互锁，这是为了防止在正常注入操作过程中有人员接近。如果任何一扇门打开，或者任何维护、伺服面板被移动，高压电源和有害气体流就会通过互锁系统关闭。VIISts HCS 系统使用的不是高压工艺气体，就是需要安全输送系统的工艺气体。VSEA提供的标准工艺气体有三氟硼烷、砷烷和磷烷。 2、离子束线控制单元 离子束线控制子系统包括从90度磁偏转区域到70度磁偏转区域，在这些区域，离子束将会被减速、聚焦、分析、测量以及被修正为平行、均匀的离子束。从90度磁偏转区域到70度磁偏转区域中，离子束先被增速，再被减速。离子源与控制离子束线的四极透镜，协同D1、D1抑制极，D2、D2抑制极动力一起，提供水平与垂直聚焦控制。90度磁偏转协同判决光圈一起实现对离子的筛选分析。预设法拉第杯测量离子束强度。最终，离子束在70度偏转磁场中，协同多组磁极和顶部和底部的磁棒，被调整为方向平行，分布均匀的离子束。 离子束离开离子源模块之后进入离子束线模块。离子束首先通过离子源四极透镜（源四极透镜，Q1）调整离子束使其竖直方向 第1页
离子液体概述及其应用要点
离子液体概述及其应用 前言：离子液体是仅由阴阳两种离子组成的有机液体，也称之为低温下的熔盐。离子液体具有低蒸汽压，良好的离子导电导热性，液体状态温度范围广和可设计性等优点。离子液体所具备的这些其他液体无法比拟的性质，给大部分传统化工反应提供了新的思路，特别是在绿色化学设计中的应用。本文首先阐述了离子液体的基础知识，而后着重讨论了离子液体在催化及有机合成领域，摩擦领域，生物医药领域中的应用。 主题： 一 离子液体概述 1.1离子液体的发展及性质 20世纪时“离子液体”（IL ）仅仅是表示熔融盐或溶盐的一个术语，比如高温盐。现在，术语IL 大部分广泛的用在表示在液态或接近室温条件下存在的熔盐。早在1914年，Walden [1]合成出乙基硝酸铵，熔点为12℃，但当时这一发现并未引起关注。20世纪40年代，Hurley 等人报道了第一个氯铝酸盐离子液体系AlCl3-[EPy]Br 。此后对这一氯铝酸盐离子液体系进行了不断的扩充，包括各种基团修饰，如N-烷基吡啶，1,3-二烷基咪唑等，另外研究了此类离子液体系在电化学，有机合成以及催化领域的应用并有很好的效果[2]。但是由于此类离子液体共同的缺点就是遇水反应生成腐蚀性的HCl ，对水和空气敏感，从而限制了他们的应用。所以直到1992年，Wilkes [3]领导的小组合成了一系列由咪唑阳离子与-4BF ，-6PF 阴离子构成的对水和空气
都很稳定的离子液体。此后在全世界范围内形成了研究离子液体的热潮。这是由于ILs 存在很多优异而特殊的性质。（1）液体状态温度范围广，300℃；（2）蒸汽压低，不易挥发；（3）对有机物，无机物都有很好的溶解性，是许多化学反应能够在均相中完成；（4）密度大，与许多溶剂不溶，当用另一溶剂萃取产物时，通过重力作用，可实现溶剂与产物的分离；（5）较大的可调控性；（6）作为电解质具有较大的电化学窗口，良好的导电性，热稳定性。这些特殊的物理化学性质可以产生许多新应用，同时也会提高现有的科技水平。到目前为止，已经合成并报道了大量的ILs ，图1显示了典型的阳离子结构，阴离子结构和侧基链[4]。我们可以通过选择合适的离子组成从而实现ILs 物理化学性质的设计。比如说咪唑阳离子（1-丁基-3-甲基咪唑阳离子）和-4BF 或-4AlCl 组合，生成的离子液体是亲水性的，而同样的阳离子和 -6PF 或-2NTf 产生的是强憎水性的离子液体。 目前研究较多的是咪唑阳离子和吡啶阳离子与含氟阴离子构成的离子液体。
离子液体及其在化学中的应用
离子液体及其在化学中的应用 随着科技发展和环保意识的增强,清洁、低耗、高效的化学化工反应是发展的必然趋势.由于绝大多数化学反应需要在溶剂中进行,而有机溶剂的用量大、挥发性强是造成化学化工污染的主要原因之一.寻找对环境友好、有利于反应控制的介质和溶剂是目前化学化工需要解决的迫切问题之一.室温离子液体适应这种需要,正在快速为是继超临界CO2之后的新一代绿色溶剂。 一离子液体及其特点 离子液体[1]是指在室温或接近室温呈液态的离子型化合物,也称为低温熔融盐.常见的阳离子有季铵、季、咪唑盐和吡作为离子化合物,离子液体熔点较低的主要原因是:结构的不对称性使离子难以规则紧密地堆积,难以形成晶体或固体. 与传统的溶剂相比,离子液体具有以下3个显著的特性: 1 在室温下,离子液体蒸汽压几乎为零,并且不燃烧、不爆炸、毒性低,溶解性能强,可以较好地溶解多数有机物、无机物和金属配合物.多数离子液体在300e仍能保持液态,因而离子液体液态温度范围大,既可室温使用,也可以高温使用.离子液体作为溶剂,不仅不会造成溶剂损耗和环境污染,而且使用温度范围大,适用范围广.
2) 离子液体具有良好的导电性和较宽的电化学稳定电位窗.离子液体的电化学稳定电位窗比传统溶剂大得多,多数为4V左右,而水在酸性条件下为1.3V,在碱性条件下只有0.4V.因此使离子液体在电化学研究中有着广泛的用途. 3) 离子液体具有可调节的酸碱性,作为反应介质使用极为方便.例如,将Lewis酸AlCl3加入到离子液体氯化1-丁基-3-甲基咪唑中,当AlCl3的摩尔分数x<0.5时,体系呈碱性;当x=0.5时,呈体系呈中性;当x>0.5时,体系表现强酸性[4].同时,还发现离子液体存在/潜酸性0和/超酸性0.例如,把弱碱吡咯或N,N)二甲基苯胺加到中性的离子液体1-丁基 -甲基咪唑四氯铝酸盐中,体系表现出很强的潜酸性[5],如果把无机酸溶于上述离子液体中可观察到超强酸性[6]. 二离子液体在化学中的应用 由于离子液体所具有的独特性能,目前它被广泛应用于化学研究的各个领域中 .1 用作反应溶剂 2.1.1 氢化反应离子液体作为氢化反应的溶剂已有大量的报道[7~9],对于氢化反应,用离子液体替代普通溶剂的优点是:反应速率提高数倍,离子液体和催化剂的混合液可以重复利用.研究表明,离子液体在氢化反应中发挥了溶剂和催化剂的双重
离子液体应用及其发展
离子液体应用及其发展 罗树琴生化系化学教育2001541 摘要：离子液体也称为室温离子液体或低温盐，通常是指熔点低 于100℃的有机盐。由于完全有例子组成，离子液体有许多不同于常规有机溶剂的性质。离子液体在各方面都有广泛应用前景，目前离子液体的制备和研究正在快速的发展，其应用前景也是相当广阔的。 关键字：离子液体应用发展及前景 离子液体也称为试问离子液体或低温盐，通常是指熔点低于100℃的有机盐。由于完全有例子组成，离子液体有许多不同于常规有机溶剂的性质。如熔点低，不挥发，液程范围宽，热稳定性好。溶解能力强，性质可调，不易燃，电化学窗口宽等。与传统的有机溶剂，水，超临界流体等相比，起黏度低，比热容大，有的对水对空气均稳定，故易于处理，制造较为容易，不太昂贵。是理想的绿色高效溶剂，研究其性质极其应用成了一项热门课题， 1.离子液体的性质 离子液体大多呈无色，完全由阴阳离子组成，但样离子较大，且是有机物。离子液体 1有酸碱性(主要由阳离子决定，可通过调节阳离子来改变其酸碱性)， 2亲水性:含C越多亲水性越弱 3热稳定性：较高的稳定性与杂原子氢键，阴阳离子组成相关，其蒸汽压低（可忽略不计），不易挥发，可去取代有机溶剂。 4熔点低：熔点与阴阳离子组成有关，是随阳离子对称性增大而增大的 5溶解性好：可溶解有机物，无机物，聚合物等 6密度：和阴阳离子组成有关，阳离子增多密度变大 7生物降解性：其一降解，相当环保，是绿色的环保剂 8电化学窗口：其可产生5-7V的高电压， 2.离子液体的合成制备 2.1 常规合成法 2.1.1一步法：采用叔胺与卤代烃或脂类物质发生加成反应，或利用叔胺的碱性和酸性发生中和反应而一步生成目标离子液体的方法 2.1.2两步法：两步法的第一步是通过叔胺和卤代烃反应制备出
离子注入技术的发展和在材料方面的应用
离子注入技术的发展 及其在材料方面的应用
摘要 离子注入是一项新兴的材料表面改性技术。它可以使材料表面的机械、物理、化学、电学等性能发生变化。有效地提高材料表面的硬度以及耐磨擦、耐磨损、抗腐蚀、抗疲劳等能力，延长材料使用寿命，增加经济收益。本文介绍了离子注入的基本原理以及技术特点，描述了离子注入在金属材料表面改性、半导体材料以及超导方面的技术应用，并展望了离子注入的应用前景。 关键词：离子注入；材料；表面改性；半导体；超导
一、绪论 离子注入技术于七十年代初首先成功地应用于半导体工业，成为制备大规模集成电路必不可少的手段之一。八十年代起人们把离子注入技术开始用于金属材料的表面改性。由于该项技术本身的独特优点、良好的改性效果以及潜在的巨大经济效益，近年来吸引了愈来愈多的研究者开始从事该项技术的开发研究。日前，随着应用围的日益扩大和理论研究的不断深入，离子注入技术日趋成熟。 近年来离子注入的方式也更加多样化，除了常规离子注入外，由此派生出的其它注入方法有：反冲注入、动态反冲注入、离子束混合等。注入方式的多样化完善了注入实验手段，使人们对各种具体情况可以选择恰当的注入方式，以满足不同的要求。 在实际应用中，很多方面都需要固体材料有较好的表面性能，如耐腐蚀性，抗磨损性，较高的硬度和抗氧化性等，而这些性能都直接与固体材料表面成分，结构组态，化台物相等有关，离于注入技术是最重要的手段之一。 离子注入技术应用于金属材料的改性，从碳素工具钢、硬质合金刚到人造或天然金刚石制造的量具、刃具、刀具、模具和工件等，通过表面改性，可提高使用寿命。经离子注入后，材料(或工件)韵表面硬度、耐磨损性能、抗腐蚀能力及使用寿命等，一般可提高几倍到十几倍。目前，离子注入已经发展成为一门核技术与金属学之间新兴的边缘学科——“离子注入冶金学” (Ion Implantation Metallurgy)。各发达国家都十分关注这门学科的发展和应用。 二、关于离子注入的简单介绍 （一）离子注入的定义 离子注入是利用某些杂质原子经离化后形成带电杂质离子，离子经过一定的电场加速，直接轰击靶材料实现掺杂或其他作用。一般的说,离子能量在1－5KeV 的称为离子镀；0.1-50KeV称作离子溅射；一般称10－几百KeV的称为离子注入。注入到材料中的离子具有很高的能量，足以使注入层的化学组分和原子结构发生变化，这样使得材料表面的机械、物理、化学、电学等性能也随之改变．从而达到材料表面改性的目的。 简单地说，离子注入的过程，就是在真空系统中，用经过加速的，要掺杂的原子的离子照射（注入）固体材料，从而在所选择的（即被注入的）区域形成一
离子液体概述及其应用
离子液体概述及其应用前言：离子液体是仅由阴阳两种离子组成的有机液体，也称之为低温下的熔盐。离子液体具有低蒸汽压，良好的离子导电导热性，液体状态温度范围广和可设计性等优点。离子液体所具备的这些其他液体无法比拟的性质，给大部分传统化工反应提供了新的思路，特别是在绿色化学设计中的应用。本文首先阐述了离子液体的基础知识，而后着重讨论了离子液体在催化及有机合成领域，摩擦领域，生物医药领域中的应用。 主题： 一离子液体概述 1.1离子液体的发展及性质 20世纪时“离子液体”（IL）仅仅是表示熔融盐或溶盐的一个术语，比如高温盐。现在，术语IL大部分广泛的用在表示在液态或接近室温条件下存在的熔盐。早在1914年，Walden[1]合成出乙基硝酸铵，熔点为12℃，但当时这一发现并未引起关注。20世纪40年代，Hurley等人报道了第一个氯铝酸盐离子液体系AlCl3-[EPy]Br。此后对这一氯铝酸盐离子液体系进行了不断的扩充，包括各种基团修饰，如N-烷基吡啶，1,3-二烷基咪唑等，另外研究了此类离子液体系在电化学，有机合成以及催化领域的应用并有很好的效果[2]。但是由于此类离子液体共同的缺点就是遇水反应生成腐蚀性的HCl，对水和空气敏感，从而限制了他们的应用。所以直到1992年，Wilkes[3]领导的小组合成了一系列由咪唑阳离子与 BF， 4
-6PF 阴离子构成的对水和空气都很稳定的离子液体。此后在全世界范 围内形成了研究离子液体的热潮。这是由于ILs 存在很多优异而特殊的性质。（1）液体状态温度范围广，300℃；（2）蒸汽压低，不易挥发；（3）对有机物，无机物都有很好的溶解性，是许多化学反应能够在均相中完成；（4）密度大，与许多溶剂不溶，当用另一溶剂萃取产物时，通过重力作用，可实现溶剂与产物的分离；（5）较大的可调控性；（6）作为电解质具有较大的电化学窗口，良好的导电性，热稳定性。这些特殊的物理化学性质可以产生许多新应用，同时也会提高现有的科技水平。到目前为止，已经合成并报道了大量的ILs ，图1显示了典型的阳离子结构，阴离子结构和侧基链[4]。我们可以通过选择合适的离子组成从而实现ILs 物理化学性质的设计。比如说咪唑阳离子（1-丁基-3-甲基咪唑阳离子）和-4BF 或-4AlCl 组合，生成的离子液 体是亲水性的，而同样的阳离子和-6PF 或-2NTf 产生的是强憎水性的离 子液体。目前研究较多的是咪唑阳离子和吡啶阳离子与含氟阴离子构成的离子液体。
离子液体及其应用知识分享
离子液体及其应用
离子液体及其应用 离子液体是指在室温或接近室温下呈现液态的、完全由阴阳离子所组成的盐，也称为低温熔融盐。可制成离子液体/聚合物电解质,作为双电层器和电池的电解质。如高温下的KCI, KOH呈液体状态，此时它们就是离子液体。在室温或室温附近温度下呈液态的由离子构成的物质，称为室温离子液体、室温熔融盐、有机离子液体等，目前尚无统一的名称，但倾向于简称离子液体。在离子化合物中，阴阳离子之间的作用力为库仑力，其大小与阴阳离子的电荷数量及半径有关，离子半径越大，它们之间的作用力越小，这种离子化合物的熔点就越低。某些离子化合物的阴阳离子体积很大，结构松散，导致它们之间的作用力较低，以至于熔点接近室温。 离子液体种类繁多，改变阳离子、阴离子的不同组合，可以设计合成出不同的离子液体。离子液体的合成大体上有两种基本方法：直接合成法和两步合成法。直接合成法是指通过酸碱中和反应或季胺化反应等一步合成离子液体，操作经济简便，没有副产物，产品易纯化。直接法难以得到目标离子液体，必须使用两步合成法。两步法制备离子液体的应用很多。常用的四氟硼酸盐和六氟磷酸盐类离子液体的制备通常采用两步法。首先，通过季胺化反应制备出含目标阳离子的卤盐；然后用目标阴离子置换出卤素离子或加入Lewis酸来得到目标离子液体。在第二步反应中，使用金属盐MY(常用的是AgY)，HY或NH4Y时，产生Ag盐沉淀或胺盐、HX气体容易被除去，加入强质子酸HY，反应要求在低温搅拌条件下进行，然后多次水洗至中性，用有机溶剂提取离子液体，最后真空除去有机溶剂得到纯净的离子液体。 近年来,离子液体作为一类新型的绿色介质,引起全球学术界和工业界的高度重视。离子液体的特点也越来越多的为大家所熟知。不挥发、不可燃、导电性强、室温下离子液体的粘度很大（通常比传统的有机溶剂高1~3个数量级，离子液体内部的范德华力与氢键的相互作用决定其粘度。）、热容大、
离子液体及其应用
离子液体及其应用 离子液体是指在室温或接近室温下呈现液态的、完全由阴阳离子所组成的盐，也称为低温熔融盐。可制成离子液体/聚合物电解质,作为双电层器和电池的电解质。如高温下的KCI, KOH呈液体状态，此时它们就是离子液体。在室温或室温附近温度下呈液态的由离子构成的物质，称为室温离子液体、室温熔融盐、有机离子液体等，目前尚无统一的名称，但倾向于简称离子液体。在离子化合物中，阴阳离子之间的作用力为库仑力，其大小与阴阳离子的电荷数量及半径有关，离子半径越大，它们之间的作用力越小，这种离子化合物的熔点就越低。某些离子化合物的阴阳离子体积很大，结构松散，导致它们之间的作用力较低，以至于熔点接近室温。 离子液体种类繁多，改变阳离子、阴离子的不同组合，可以设计合成出不同的离子液体。离子液体的合成大体上有两种基本方法：直接合成法和两步合成法。直接合成法是指通过酸碱中和反应或季胺化反应等一步合成离子液体，操作经济简便，没有副产物，产品易纯化。直接法难以得到目标离子液体，必须使用两步合成法。两步法制备离子液体的应用很多。常用的四氟硼酸盐和六氟磷酸盐类离子液体的制备通常采用两步法。首先，通过季胺化反应制备出含目标阳离子的卤盐；然后用目标阴离子置换出卤素离子或加入Lewis酸来得到目标离子液体。在第二步反应中，使用金属盐MY(常用的是AgY)，HY或NH4Y时，产生Ag盐沉淀或胺盐、HX气体容易被除去，加入强质子酸HY，反应要求在低温搅拌条件下进行，然后多次水洗至中性，用有机溶剂提取离子液体，最后真空除去有机溶剂得到纯净的离子液体。 近年来,离子液体作为一类新型的绿色介质,引起全球学术界和工业界的高度重视。离子液体的特点也越来越多的为大家所熟知。不挥发、不可燃、导电性强、室温下离子液体的粘度很大（通常比传统的有机溶剂高1~3个数量级，离子液体内部的范德华力与氢键的相互作用决定其粘度。）、热容大、蒸汽压小、性质稳定，对许多无机盐和有机物有良好的溶解性。在与传统有机溶剂和电解质相比时，离子液体具有一系列突出的优点：（1）液
第四章 离子注入作业
第四章离子注入作业 1、离子注入定义：离化后的原子在强电场的加速作用下，注射进入靶材料的表层，以改变这种材料表层的物理或化学性质。 2、离子注入工艺相比扩散工艺具有以下优点： (1)、可以在较低的温度下，将各种杂质掺入不同的半导体中。 (2)、能精确地控制掺入硅片内部杂质的浓度分布和注入深度。 (3)、可以实现大面积的均匀掺杂，而且重复性好。 (4)、掺入杂质纯度高。 (5)、由于注入杂质的直射性，杂质的横向扩散小。 (6)、可以得到理想的杂质分布。 (7)、工艺条件容易控制。 (8)、没有固溶度极限。注入杂质含量不受硅片固溶度限制。 4、一般横向扩散结深＝(0.75～0.85)×Xj(Xj为纵向结深) 7、阻止机制：材料对入射离子的阻止能量的大小用阻止机制来衡量。阻止机制表示离子在靶内受到阻止的概率。1963年，Lindhard, Scharff and Schiott首先确立了注入离子在靶内分布理论，简称LSS理论。LSS理论认为，注入离子在靶内的能量损失分为两个彼此独立的过程 电子阻止机制：来自原子之间的电子阻止，属于非弹性碰撞。 核阻止机制：来自原子核之间的碰撞，属于原子核之间的弹性碰撞。 总能量损失为两者的和 9、核碰撞特点：入射离子与晶格原子的原子核发生碰撞，散射显著、引起晶格结构的损坏。 电子碰撞特点：入射电子与晶格原子的电子发生碰撞，入射离子的路径几乎不变、能量传输小、晶格结构的损坏可以忽略不计。 11、非局部电子阻止不改变入射离子要点方向；局部电子阻止电荷/动量交换导致入射离子运动方向的改变（ 核间作用）。电子阻止本领和入射离子的能量的平方根成正比。核阻止机制在低能量下起主要作用；电子阻止机制在高能量下起主要作用。 12、入射离子的浓度分布 理论计算表明，在忽略横向离散效应和一级近似下，注入离子在靶内的纵向浓度分布可取高斯函数形式。 13、什么是横向效应？ 横向效应指的是注入离子在垂直于入射方向平面内的分布情况。横向效应不但和入射离子的种类有关，还和入射能量有关。横向效应影响MOS晶体管的有效沟道长度。
离子液体在色谱分析中的应用
离子液体在色谱分析中的应用 摘要 离子液体作为一种优良溶剂越来越受到人们的关注，它是当前化学研究领域的一个热点，它在化学的各个领域都有研究和应用。本文将对离子液体在气相色谱、液相色谱、毛细管电泳等色谱分析中的应用研究进行综述。并对离子液体在色谱研究应用中的发展进行了展望。 关键词 离子液体 气相色谱 液相色谱 毛细管电泳 综述 离子液体，又被称为室温离子液体或室温熔融盐，是当前化学研究的热点之一。离子液体一般是由特定的体积相对较大的、结构不对称的有机阳离子和体积相对较小的无机阴离子构成的在室温或近室温下呈液态的物质。有机阳离子通常为烷基季铵离子、烷基季磷盐、N-烷基吡啶离子及N ，N-二烷基咪唑离子，常见的阴离子为卤素离子⑴、AlCl -4和含F 、P 、S 的多种离子⑵，如BF 4-、PF 6-、CF 3COO -等。离子液体有一些独特的优点：（1）液体状态温度 范围广，最高可达300℃；（2）蒸汽压极小，不易挥发、不可燃、毒性小；（3）对有机物和无机物都有良好的溶解性；（4）导电性能好，具有较宽的电化学窗口；（5）合成比较简单，可以通过改变其组成调节其物理化学性质。这些为常规溶剂所无法比拟的优点使得离子液体在有机合成、催化、电化学、新材料及分析化学等方面都有极广泛的应用。随着离子液体在化学领域的研究和应用日益广泛，其在色谱方面的应用研究最近发展的也较快，已成为色谱研究的一个热点。本文将对室温离子液体在气相色谱、液相色谱、毛细管电泳等色谱分析中的应用研究进行综述。 1． 离子液体在气相色谱中的应用 离子液体在气相色谱中应用研究做得最出色的是Armstrong 研究小组。1999年Armstrong 与其合作者⑶开始着手研究离子液体作为固定相应用于气相色谱，考查了两种典型离子液体(1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐和氯化1-丁基-3-甲基咪唑)作为涂渍在融熔石英毛细管的固定液膜的性能，发现离子液体的润湿能力和粘度可使其成为多种气相色谱理想的固定液。同时，他们认为离子液体固定相具有两象性，比如：如果它们作为极性固定相能够很好地分离极性化合物；如果它们作为非极性固定相亦能够很好地分离非极性化合物。在反相色谱中，比较了上述离子液体作为常用商业聚硅氧烷柱固定液的性能，发现极性较弱的离子液体对非极性化合物有着较好的分离能力，然而更有趣的是，含强给质子基团的溶质却能够被有效地保留下来。通过线性吉布斯自由能法能够给出合理的解释⑷：氯化1-丁基-3-甲基咪唑总是能够更有效地与给质子型分子和受质子型分子相互作用；1-丁基-3-甲基眯唑六氟磷酸盐更倾向于与非极性分子相互作用。此外，离子液体阴离子部分的不同也会影响室温离子液体作为固定相的选择性和增溶能力。 Armstrong 研究组也进行了相关研究：使用完全甲基化的β-环糊精和2，6-二甲基取代的β-环糊精溶解于离子液体氯化1-丁基-3-甲基咪唑中，制备成可涂渍在毛细管柱上的多元溶剂型固定液，应用于气相色谱的手性分离。研究者比较了其与传统商业环糊精柱的性能，发现前者的手性分离效率远差于后者。对于这个观察结果，其原因很可能是在1-丁基-3-甲基咪唑离子与环糊精空穴之间形成包合配合物，因而阻碍了手性辨认过程。此外，为解决传
什么是离子注入技术
什么是离子注入技术 离子注入技术介绍：把掺杂剂的原子引入固体中的一种材料改性方法。简单地说，离子注入的过程，就是在真空系统中，用经过加速的，要掺杂的原子的离子照射（注入）固体材料，从而在所选择的（即被注入的）区域形成一个具有特殊性质的表面层（注入层）。 离子注入的基本特点:①纯净掺杂,离子注入是在真空系统中进行的,同时使用 高分辨率的质量分析器,保证掺杂离子具有极高的纯度。②掺杂离子浓度不受平衡固溶度的限制。原则上各种元素均可成为掺杂元素，并可以达到常规方法所无法达到的掺杂浓度。对于那些常规方法不能掺杂的元素,离子注入技术也并不难实现③注入离子的浓度和深度分布精确可控。注入的离子数决定于积累的束流，深度分布则由加速电压控制，这两个参量可以由外界系统精确测量、严格控制。④注入离子时衬底温度可自由选择。根据需要既可以在高温下掺杂，也可以在室温或低温条件下掺杂。这在实际应用中是很有价值的。⑤大面积均匀注入。离子注入系统中的束流扫描装置可以保证在很大的面积上具有很高的掺杂均匀性。⑥离子注入掺杂深度小。一般在1um 以内。例如对于100keV 离子的平均射程的典型值约为0.1um。 离子注入技术的发展离子注入首先是作为一种半导体材料的掺杂技术发展起来的，它所取得的成功是其优越性的最好例证。低温掺杂、精确的剂量控制、掩蔽容易、均匀性好这些优点，使得经离子注入掺杂所制成的几十种半导体器件和集成电路具有速度快、功耗低、稳定性好、成品率高等特点。对于大规模、超大规模集成电路来说，离子注入更是一种理想的掺杂工艺。如前所述，离子注入层是极薄的，同时，离子束的直进性保证注入的离子几乎是垂直地向内掺杂，横向扩散极其微小，这样就有可能使电路的线条更加纤细，线条间距进一
离子注入技术(Implant)
离子注入技术 摘要 离子注入技术是当今半导体行业对半导体进行掺杂的最主要方法。本文从对该技术的基本原理、基本仪器结构以及一些具体工艺等角度做了较为详细的介绍，同时介绍了该技术的一些新的应用领域。 关键字 离子注入技术 半导体 掺杂 1 绪论 离子注入技术提出于上世纪五十年代，刚提出时是应用在原子物理和核物理究领域。后来，随着工艺的成熟，在1970年左右，这种技术被引进半导体制造行业。离子注入技术有很多传统工艺所不具备的优点，比如：是加工温度低，易做浅结，大面积注入杂质仍能保证均匀，掺杂种类广泛，并且易于自动化。 离子注入技术的应用，大大地推动了半导体器件和集成电路工业的发展，从而使集成电路的生产进入了大规模及超大规模时代（ULSI ）。由此看来，这种技术的重要性不言而喻。因此，了解这种技术进行在半导体制造行业以及其他新兴领域的应用是十分必要的。 2 基本原理和基本结构 2.1 基本原理 离子注入是对半导体进行掺杂的一种方法。它是将杂质电离成离子并聚焦成离子束，在电场中加速而获得极高的动能后，注入到硅中而实现掺杂。 离子具体的注入过程是：入射离子与半导体（靶）的原子核和电子不断发生碰撞，其方向改变，能量减少，经过一段曲折路径的运动后，因动能耗尽而停止在某处。在这一过程中，涉及到“离子射程”、“”等几个问题，下面来具体分析。 2.1.1 离子射程 x p y p z
图2.1.1（a ） 离子射程模型图 图2.1.1（a ）是离子射入硅中路线的模型图。其中，把离子从入射点到静止点所 通过的总路程称为射程；射程的平均值，记为R ，简称平均射程 ；射程在入射方向上的投影长度，记为p x ,简称投影射程；投影射程的平均值，记为p R ，简称平均投影射程。 入射离子能量损失是由于离子受到核阻挡与电子阻挡。定义在位移 x 处这两种能量损失率分别为n S 和 e S ： n n x dE S d = （1） e e dE S k dx == （2） 则在dx 内总的能量损失为： ()n e n e dE dE dE S S dx =+=+ （3） P 000 0P 0 n e d d d d d R E E E E R x E x S S ===+? ?? （4） n S 的计算比较复杂，而 且无法得到解析形式的结果。图2.1.1(b)是数值计算得到的曲线形式的结果。e S 的计算较简单，离子受电子的阻力正比于离子的速度。 左图中，2E E =时， n e S S = 图2.1.1（b ）离子总能量损失率数值计算曲线 y p x p r p r d d E x e d ()d E x n d ()d E x
离子液体的分类、应用
离子液体的分类、合成与应用 当前研究的离子液体的正离子有4类:烷基季铵离子、烷基季瞵离子、1, 3-二烷基取代的咪唑离子、N-烷基取代的吡啶离子记为。根据负离子的不同可将离子液体分为两大类:一类是卤化盐。其制备方法是将固体的卤化盐与AlCl3混合即可得液态的离子液体,但因放热量大,通常可交替将2种固体一点一点地加入已制好的同种离子液体中以利于散热。此类离子液体被研究得较早,对以其为溶剂的化学反应研究也较多。此类离子液体具有离子液体的许多优点,其缺点是对水极其敏感,要完全在真空或惰性气氛下进行处理和应用,质子和氧化物杂质的存在对在该类离子液体中进行的化学反应有决定性的影响。此外因AlCl3遇水会放出HCl,对皮肤有刺激作用。 另一类离子液体,也被称为新离子液体,是在1992年发现[ emim ] BF4的熔点为12 ℃以来发展起来的。这类离子液体不同于AlCl3离 子液体,其组成是固定的,而且其中许多品种对水、对空气稳定,因此近几年取得惊人进展。[center][center][center]其正离子多为烷基取代的咪唑离子[ R1 R3im ] + ,如[ bmim ] + ,负离子多用BF4-、PF6- ,也有CF3SO3-、(CF3SO2)2N-、C3F7COO-、C4F9SO3、CF3COO- 、(CF SO2)3C- 、(C2F5SO2)3C- 、(C2F5SO2)2N-、SbF6-、AsF6、为负离子的3 离子液体要注意防止爆炸(特别是干燥时)。 离子液体种类繁多,改变阳离子和阴离子的不同组合,可以设计合成出不同的离子液体。一般阳离子为有机成分,并根据阳离子的不同来分类。离子液体中常见的阳离子类型有烷基铵阳离子、烷基钅翁阳
中束流离子注入机
M/C离子注入机 §1. 概述 在半导体行业中，离子注入的机台主要分为高能量（H/E），大束流（H/C），中束流（M/C）三种。这里主要介绍的是中束流的离子注入机台。 中束流机台（Medium Current）一般是单个晶片进行注入，注入的剂量一般在1E11到1E14之间，而能量则在5kev到200kev 之间。 我们经常用到的4种离子为： 1．B 12Kev 1.6E12 30μA 2．B 185Kev 2.254E13 156μA 3．P 20Kev 6E13 850μA 4．As 200Kev 2.7E12 50μA §2. M/C机台介绍 2.1型号 我们常见的M/C型机台是Nissin公司生产的Exceed2000AH型，另外还有Axcelis公司生产的NV-8250型和Varian 公司的EHPi 500型。下面给出的是Nissin 的Exceed2000AH的外观图 机台的基本情况为： 3200W * 6385L * 2600H 重量为17，500Kg, 地板承受的压力为1000Kg/m2
其中，控制面板如图所示。 2.2工作原理 离子植入的基本原理就是把气体或固体源的原子离子化，然后对离子进行选择，把所需的离子进行加速，达到所需的能量，注入到硅片中的过程。 下面就是整个机台的俯视图，主要分为End Station, Beam Line, Ion Source三个大的部分。 2.3主要部件 2.3.1 离子源（Ion Source）。 因为我们要注入的杂质是有一定的能量的，所以必须对杂质进行加减速，而只有带电微粒才能在电场的作用下加减速，因此要使杂质离子化。离子源就是用电子撞击气体分子，得到我们所需要的离子的部件。离子源包括Arc chamber 和Extraction electrode 系统。
半导体工艺-离子注入
半导体工艺 --离子注入 离子注入法掺杂相比扩散法掺杂来说，它的加工温度低、容易制作浅结、均匀的大面积注入杂质、易于自动化等优点。目前，离子注入法已成为超大规模集成电路制造中不可缺少的掺杂工艺。 1.离子注入原理 离子是原子或分子经过离子化后形成的，即等离子体，它带有一定量的电荷。可通过电场对离子进行加速，利用磁场使其运动方向改变，这样就可以控制离子以一定的能量进入wafer内部达到掺杂的目的。 离子注入到wafer中后，会与硅原子碰撞而损失能量， 能量耗尽离子就会停在wafer中某位置。离子通过与硅原子 的碰撞将能量传递给硅原子，使得硅原子成为新的入射粒 子，新入射离子又会与其它硅原子碰撞，形成连锁反应。 杂质在wafer中移动会产生一条晶格受损路径，损伤情况取决于杂质离子的轻重，这使硅原子离开格点位置，形成点缺陷，甚至导致衬底由晶体结构变为非晶体结构。 2.离子射程 离子射程就是注入时，离子进入wafer内部后，从表面到停止所经过的路程。入射离子能量越高，射程就会越长。 投影射程是离子注入wafer内部的深度，它取决于离子的质量、能量，wafer的质量以及离子入射方向与晶向之间的关系。有的离子射程远，有的射程近，而有的离子还会发生横向移动，综合所有的离子运动，就产生了投影偏差。 3.离子注入剂量 注入剂量是单位面积wafer表面注入的离子数，可通过
下面的公式计算得出 ，式中，Q 是剂量；I 是束流， 单位是安培；t 是注入时间，单位是秒；e 是电子电荷，1.6×10-19C ；n 是电荷数量；A 是注入面积，单位是 。 4.离子注入设备 离子注入机体积庞大，结构非常复杂。根据它所能提供 的离子束流大小和能量可分为高电流和中电流离子注入机以 及高能量、中能量和低能量离子注入机。 离子注入机的主要部件有：离子源、质量分析器、加速器、聚焦器、扫描系统以及工艺室等。 （1）离子源 离子源的任务是提供所需的杂质离子。在合适的气压 下，使含有杂质的气体受到电子碰撞而电离，最常用的杂质 源有 和 等， （2）离子束吸取电极 吸取电极将离子源产生的离子收集起来形成离子束。电 极由抑制电极和接地电极构成，电极上加了很高的电压，离 子受到弧光反应室侧壁的排斥作用和抑制电极的吸引作用，被分离出来形成离子束向吸取电极运动。 3）质量分析器 反应气体中可能会夹杂少量其它气体，这样，从离子源 吸取的离子中除了需要杂质离子外，还会有其它离子。因 此，需对从离子源出来的离子进行筛选，质量分析器就是来 enA It Q 62H B 3PH
离子注入技术
离子注入技术 北京师范大学低能核物理研究所林文廉 “我们在广泛而深入地研调国际离子束材料表面改性发展动向的基础上，根据我们所的技术优势，敏锐地捕捉到当时国际上还刚刚问世的MEVV A源这一新技术，提出了把它应用于强流金属离子注入材料表面改性的发展方向。因为MEVV A源的发明者布朗博士发明MEVV A源的本意是用于核物理研究，因此我们提出这一设想是一次技术创新。” MEVV A源离子注入材料表面改性是上世纪80年代后期在国际上发展起来的一项材料表面工程高技术，也是我们所承担的一项863高技术项目。它包括以下2个密切相关的部分： （1）MEVV A源离子注入机的研制； （2）MEVV A源离子注入材料表面改性及其实际应用。为了解读这项高技术，我们先从离子注入讲起。 什么是离子注入？ 我们设想在真空中有一束离子束射向一块固体材料时会发生哪些现象呢？离子束 把固体材料的原子或分子撞出固体材料表面，这个现象叫做溅射；而当离子束射到固体材料时，从固体材料表面弹了回来，或者穿出固体材料而去，这些现象叫做散射；另外有一种现象是，离子束射到固体材料以后，受到固体材料的抵抗而速度慢慢减低下来，并最终停留在固体材料中，这一现象就叫做离子注入。 离子注入技术又是近30年来在国际上蓬勃发展和广泛应用的一种材料表面改性高新技术。其基本原理是：用能量为100keV量级的离子束入射到材料中去，离子束与材料中的原子或分子将发生一系列物理的和化学的相互作用，入射离子逐渐损失能量，最后停留在材料中，并引起材料表面成分、结构和性能发生变化，从而优化材料表面性能，或获得某些新的优异性能。此项高新技术由于其独特而突出的优点，已经在半导体材料掺杂，金属、陶瓷、高分子聚合物等的表面改性上获得了极为广泛的应用，取得了巨大的经济效益和社会效益。作为一种材料表面工程技术，离子注入技术具有以下一些其它常规表面处理技术难以达到的独特优点：（1）它是一种纯净的无公害的表面处理技术；（2）无需热激活，无需在高温环境下进行，因而不会改变工件的外形尺寸和表面光洁度；（3）离子注入层由离子束与基体表面发生一系列物理和化学相互作用而形成的一个新表面层，它与基体之间不存在剥落问题；（4）离子注入后无需再进行机械加工和热处理。 进行离子注入的设备──离子注入机 离子注入是在一种叫做离子注入机的设备上进行的。离子注入机是由于半导体材料的掺杂需要而于上世纪60年代问世。虽然有一些不同的类型，但它们一般都由以下几个主要部分组成：（1）离子源，用于产生和引出某种元素的离子束，这是离子注入机的源头；（2）加速器，对离子源引出的离子束进行加速，使其达到所需的能量；（3）离子束的质量分析（离子种类的选择）；（4）离子束的约束与控制；（5）靶室；（6）真空系统。 非半导体材料的离子注入表面改性 非半导体材料离子注入表面改性研究对离子注入机提出了一些新的要求。大家知道，半导体材料的离子注入所需的剂量（即单位面积上打进去了多少离子，单位是：离子／平方厘米）比较低，而所要求的纯度很高。非半导体材料离子注入表面改性研究所